吹风气余热回收一般知识

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吹风气余热回收原理与操作
一、概述
通常所说的吹风气余热回收,就是固定层间隙气化技术中通常所称的吹风气潜热回收。因为那是吹风气通过利用其温度大于550℃的全部显热来实现燃烧而达到的,所以虽称为吹风气潜热回收,其实吹风气显热回收已自然包括在内。所不同的是,现有合成氨厂的绝大部分吹风气,仅利用自身的显热不能实现燃烧。因为在煤气炉正常炉况下,吹风气离炉时的温度远低于其可燃气体组分的自燃点,遇空气(俗称二次风或二次空气)不会自行发火燃烧。这也是合成氨厂的吹风气余热回收长期停留在仅回收显热的根本原因。
3、有火焰但不能自行传播的情况下,燃气与空气并不是在任何混合比例下火焰在其中都能传播而保持正常燃烧的,只有混合物中的燃气浓度范围内方可。这个浓度范围称为着火浓度极限,其最低浓度称为着火浓度下限,最高浓度称为着火浓度上限。浓度低于或高于这一范围,都不能正常燃烧(火焰不能传播)。
在密闭空间内的可燃气体当处于着火浓度极限范围内的时候,引入点火源,要燃混合物几乎是在瞬间(每秒可达数千米的可变传播速度,而不是正常燃烧时的每秒若干厘米至几米的传播速度)完成燃烧而形成爆炸。因此,着火浓度极限也称为爆炸极限。下面列出几种气体的着火浓度极限。
(7)、采用专用耐高温喷头混燃器,保证炉内高温气流的存在,有效地解决了灭火现象,避免了引燃喷头熄火造成的安全隐患。
(8)、采取逐渐变径的拱形结构,将炉出口与高温空气预热器烟气进口整体设计,避免高温烟道坍塌,延长了装置的运行周期。
2、锅炉
利用燃烧炉燃烧产生的高温烟气释放的热量,通过换热面加热管束内的水,产生饱和蒸汽。
3、设置引风机,使整个系统在微负压下运行,降低了吹风系统阻力,提高了造气吹风强度,对提高单炉发气量具有明显作用。
4、吹风气配风阀采用微机集成油压控制,对稳定炉温起到了积极作用。
五、主要设备及其作用特点
(一)、主要设备(见设备一览表)
设备一览表
序号
名 称
规 格 型 号
1
燃烧炉
φ5100/φ4500×13560
7、烟囱
烟囱的作用是将烟气和飞灰排到高空中,减轻对周围的环境污染。
8、水封分离器
水封分离器的作用有以下几点:
(1)、防止气体泄漏,起密封作用。
(2)、防止气体倒流,起止逆作用。
(3)、当管路、设备内压强过大时,起泄压作用,使防止设备损坏产生事故。
六、主要工艺指标
主要工艺指标(见下表)
吹风气回收系统工艺指标一览表
2、着火方法
吹风气的着火方法可归纳为自燃法和点燃法两大类。
自燃法,这是利用高温吹风气遇空气能自行发火燃烧的性能的一种方法。在工程上,只要向其燃烧室(温度大于550℃)送入二次风,便可顺利着火。回收吹风气潜热。
点燃法,这是组织低温吹风气着火的方法。在工程上事先在其燃烧设备里,设置一个能对其不停地作用的高温点火源,使其与二次风混合入炉后,随即能引起着火。这个点火源的高温,由燃烧其他外来可燃气来建立。外来的其他可燃气体,通称为助燃气。
2、弛放气成份(%V):
Байду номын сангаасH2CH4N2+Ar NH3
3、再生气的主要成分(%V):
CO CO2H2N2+Ar CH4NH3H2O
三、吹风气回收原理
合成吹除气、弛放气及造气吹风气中含有部分可燃气体,如甲烷、一氧化碳和氢气,这些可燃气体在炉膛内燃烧发生下列放热反应:
CH4+2O2=CO2+2H2O+
2H2+O2=2H2O+
该流程有如下特点:
1、吹风气经旋风除尘后入燃烧炉内燃烧,使入炉吹风气粉尘含量降低,避免高温下粉尘在炉内格子砖层融熔粘结及高温烟气对换热设备的冲刷磨损,延长装置的运行周期。
2、增加高温空气预热器,提高空气配风温度。由于吹风气温度低、可燃成份含量低,气量极大,着火前吸热对炉温影响较大,高温空气预热器的存在,保证了吹风气的安全燃烧。
3、空气预热器
空气预热器是利用烟气余热来加热空气的一种换热设备。它一方面吸收烟气余热,降低烟气温度;另一方面,使冷风变成热风,与可燃物一起送进炉内燃烧,改善了燃烧条件,提高了燃烧效率。
二空为列管式换热器,管材为1Cr18Ni9Ti,管规格为φ,L=3706;管程为空气,壳程为高温烟气。
一空列管式换热器,管规格为φ,L=2253;管程为烟气,壳程为空气。
3、着火温度,可燃气体与空气的混合物发生着火燃烧的最低温度称为着火温度。把握低温吹风气的着火温度或安全运行温度的尺度,是确定低温吹风气燃烧工艺、设计低温吹风气燃烧设备、进行低温吹风气燃烧操作的关键所在。
某些气体与空气混合物在大气压力和通常条件下的着火温度,不同文献有不同的数据。下面列出某些气体的着火温度。
4、低温吹风气燃烧过程的特性及其影响因素。低温吹风气燃烧过程具有以下特性:
(1)、同样体积的吹风气可以在下同的燃烧反应时间内烧完;
(2)、可以得到不同长度的火焰(从无焰燃烧一直到扩散燃烧);
(3)、沿火焰长度上可以得到不同的温度分布;
燃烧过程的上述特性与下列因素有关:
(1)、燃烧前吹风气和空气的混合程度;
水管余热锅炉的特点为:
(1)、烟气进出口及炉体设置挡烟墙,使烟气折流通过锅炉,增加了换热效果。
(2)、炉墙外装焊有外护板,密封性好。
(3)、由于双锅筒的水容量较大,因此具有较大的热容量,热滞后性也大,在进口烟气量按峰谷波动较大的情况下,保证蒸汽参数稳定,操作方便。
(4)、能耐高温,对流换热面积大,热效率高,产汽量大。
(二)、吹风气的燃烧特性
1、断续性。吹风气燃烧时最突出的问题是燃烧过程必定要中断,尔后又需恢复,并按此周而复始地延续下去。断续的具体情况,随各厂制气采用的循环时间和吹风实际所用的百分比,以及实际回收的吹风气炉数不同而有所区别。
2、极易脱火。吹风气燃烧的另一个问题是极易脱火。
脱火是指火焰被吹离喷口,以致后面随之而流出的吹风气与空气的混合物,根本不能着火的现象。这个特性是由吹风气含可燃气体特别少、温度又低,而工程上又不可能采用尺寸特别大的喷口所决定的。
二、吹风气回收的理论基础
(一)、吹风气的分类及着火
1、吹风气的分类
吹风气可按它是否从煤气发生炉里获得高于其着火温度的温度,进行分类。
凡从煤气发生炉里获得的温度,在经必要的除尘过程后,至遇空气时仍保持在能自行发火燃烧程度的属高温吹风气,否则,属低温吹风气。
生产实践证明,只有采用优质原料制气时,才有可能得到高温吹风气。除此,正常炉况下得到的,只能是低温吹风气。
项目
指标
项目
指标
项目
指标
1、温度

2、压力
kPa
3、流量
Nm3/h
燃烧炉1点
750-950
弛放气
5
吹风气
48000
燃烧炉出口
850
吹风气
3
软水
16
引风机进口
160
燃烧炉
微正压
蒸汽
15
4、气体成份
%
5、软水
6、锅炉水
吹风气(CO+H2)
5-7
总硬度
≤L
碱度
弛放气(CH4+H2)
50-52
PH值
8-10
蒸汽由上汽包引出,经总出口阀至蒸汽管网。
弛放气由合成储气罐引出,经总管、入工段总阀、止逆水封分离器、炉前阀、烧嘴、燃烧炉。
助燃空气由空气鼓风机送来,经一空(第一空气预热器,以下称一空)后分成二路:一路经过弛放气配风系统的控制阀进入小烧嘴、燃烧炉。一路经过吹风气配风系统的控制阀、配风阀进入二空(第二空气预热器,以下称二空)经大烧嘴进入燃烧炉。工艺流程见附图。
CO H2% CH4H2S 需要指出,浓度极限的存在并不意味着当达不到这个界限时,气体就不会燃烧。实际上,把浓度小于下限的可燃混合物加热(用外热)到高温后,将它们点着也能燃尽。这就是说,着火浓度极限并不是燃气空气混合物能否燃烧和燃尽的界限,而是火焰是否会在其中自行传播的界限。在浓度极限之内和之外燃烧的根本区别,在于前者的火焰在其中能够自行传播,而后者不能。
2
锅炉(两套)
Q49/ A=1048m2
3
一空
3100×3930×2340 A=
4
二空
5100×1200×2800 A=69m2
5
软水加热器
3300×3440×2340 A=
6
除尘器
φ3300×14525
7
水封分离器
φ1200×1500
8
烟囱
φ3000/φ1800×31000
9
引风机
Y4-73-11 №14D 电机功率55KW
4、软水加热器
软水加热器是利用烟气余热来预热软水的换热设备,作用是提高给水温度,提高锅炉的热效率。
软水加热器为蛇管换热器,管规格为φ,L=6600;管程为软水,壳程为烟气。
5、风机
风机作用是使空气进入燃烧炉内与合成二气、吹风气混合燃烧,同时连续不断的将燃烧产生的烟气排出,以保证可燃气在炉内稳定燃烧。
2CO+ O2=2CO2+567kJ
以合成吹除气、弛放气为着火源,配以适量的空气,在上燃式蓄热型燃烧炉燃烧室内燃烧,热量贮存于蓄热层中。要求蓄热层温度≥700℃。造气工序送来的低温吹风气配以适量空气,同时进入燃烧炉顶部,在弛放气明火作用下(或在蓄热层高温作用下受热自燃)燃烧,燃烧后的高温烟气经余热锅炉进行热量交换产生蒸汽。
鼓风机型号为9-19 Y280S-4 75kW ,风量为m3/h,全压7316-1500Pa,1450rpm。
引风机型号为Y4-73 No14D Y280M-6 55kW ,风量为57326-72534 m3/h,全压1752-1726Pa,960rpm。
6、旋风除尘器
旋风除尘器是将吹风气中夹带的粉尘分离出来的一种设备,其作用是净化吹风气,防止吹风气中夹带的粉尘在炉内高温作用下堵塞格子砖。
(2)、吹风气和空气的比例;
(3)、吹风气的发热值;
(4)、吹风气的温度和空气的预热程度;
(5)、吹风气和空气的流速和扩散速度;
(6)、完全燃烧所需的空气量和烟气生成量;
(7)、燃烧空间的形状和大小;
(8)燃烧器的负荷。
(三)、吹风气、弛放气、再生气的主要成分
1、吹风气的主要成分(%V):
CO CO2O2H2N2+Ar CH4H2S
PH值
9-11
烟气(CO+H2+CH4)
1
溶氧
≤30mg/L
七、吹风气回收正常操作要点
1、控制燃烧炉温度,保证合成放空气、吹风气燃烧完全。根据生产负荷,吹风气成分,合成放空气的压力、成分、烟气成分,及时调节合成放空气入炉量,空气配比量、引风量,确保燃烧炉温度在700℃以上,950℃以下。
2、控制水管锅炉的水位在水位计的1/2-2/3外,严禁副产蒸汽超压,根据炉水成分定时排污。
四、工艺流程简述
吹风气分别由各炉的燃烧室出口引出,经吹风气回收阀、吹风气总管、旋风除尘器,然后进入燃烧炉,与第二空气预热器来的空气混合后燃烧,产生的高温烟气经燃烧炉下部、高温烟箱、第二空气预热器、余热锅炉、第一空气预热器、软水加热器、引风机、烟囱后放空。
来自锅炉除氧器的软水经入工段总阀、调节阀(或付线阀)、软水加热器、锅炉上汽包。
(3)、不再存在火焰和夹带煤屑对承重托拱、拱脚及其周围炉壁的直接冲刷磨损,可延长其使用寿命。
(4)、采用上燃的方式,将燃烧道布置在燃烧炉的上部、蓄热格子砖体的上方。这样不仅有利于可燃气体的燃烧,而且有利于吹风气中夹带的煤粉的燃烧。
(5)、采用了倒锥底和水封连续排灰,既能连续排灰,又是安全水封。
(6)、采用新型耐火保温材料,降低了热能损失,因而炉内温差小,吹风气中可燃成份基本燃烧完全,从而提高了燃烧炉的使用寿命。
10
鼓风机
9-19№ 电机功率75KW
(二)、设备作用及特点
1、燃烧炉
燃烧炉是回收造气吹风气和合成二气潜热的一种新型设备。
上燃式蓄热型燃烧炉的结构特点为:
(1)、燃烧炉内排列足够数量的蓄热格子砖。格子砖具有引燃、稳焰和烬燃的作用。操作方便,运行安全可靠。
(2)、停车期间可利用热气自然上升的特性,借助于蓄热室积蓄的热量,使上层格子砖和燃烧道可较长时间维持住高温,在再度开车时,仍具有引燃功能。
CO 610-658℃ H2530-590℃ CH4645-800℃ H2S 290-437℃
低温吹风气的的实际着火温度,将随各自温度波动和成分变化等情况的不同而不同。于是要摸索出自己的低温吹风气安全燃烧的温度尺度。
4、助燃气供给高于低温吹风气着火温度的温度。供给低温吹风气实现正常燃烧所需外热的热量,是低温吹风气的助燃气。低温吹风气的助燃气既有质的要求(可燃物含量大于50%),又有量的要求(弛放气量大于250Nm3/h)。
3、做好燃烧炉高温烟气余热回收,排烟温度控制在170℃左右,提高吹风气回收装置副产蒸汽量。
4、定时测量炉系统各点压力,密切注意各点压力变化情况。
5、定时排灰,并观察各水封溢流情况。
6、按时巡检,认真准确地记录操作报表。
八、造气吹风气常见故障
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